对于FPGA调试，主要以Intel FPGA为例，在win10 Quartus ii 17.0环境下进行仿真和调试，开发板类型EP4CE15F17。主要包括一下几个部分：
- FPGA的调试-虚拟JTAG（Virtual JTAG）
- FPGA的调试-在线存储器内容编辑工具(In-system Memory Content Editor)
- FPGA的调试-内嵌逻辑分析仪(SignalTap)
- FPGA的调试-LogicLock
- FPGA的调试-调试设计的指导原则
上述内容主要参考《通信IC设计》，有兴趣的可以自己购买书籍进行研读。
1、相关理论知识
1.1内嵌逻辑分析仪
为方便用户进行调试，FPGA通常会内置信号观察逻辑，Altera提供的是GignalTap，而xilinx提供的则是ChipScope。此外还有第三方调试工具，如Synopsys的Identify。这类工具的核心原理为：以预先设定的时钟速率实时采样FPGA的内部信号或者引脚状态，并存储于FPGA的内部RAM中，然后通过统一的ELA（Embedded Logic Analyzer）进行数据分析和管理。当预设的触发条件满足后，ELA通过JTAG将存储在片内RAM中的数据缓存数据传输至PC上。当PC获得JTAG回传数据后，通过本地计算将对应的逻辑分析结果展现出来。
因此，无论是GignalTap还是ChipScope，其实都是在工程中额外加一些特殊模块实现信号的采集，所付出的代价包括：逻辑单元、内部RAM以及ELA资源。逻辑分析仪的数据捕获原理如图2-53所示，所有存储单元都是与当前逻辑设计的RAM共享的。如果当前逻辑占用RAM较大，内嵌的逻辑分析仪功能将会有非常大的存储深度限制。
从图2-53很容易发现，逻辑触发的时刻可以动态调整，而且存储的数据长度与时间也很容易调整。此外由于FPGA内置可编程能力，所以触发条件可以依赖于其他的事件触发，这样可以多级触发，形成基于状态的数据捕获。
例如当A信号为高电平，且持续32周期后，如果此时B信号为低电平且C信号有一个低脉冲，则触发一个等待事件；当等待事件发生65536个时钟周期后，再捕获数据，并通过逻辑分析仪发送出来。这就是基于状态机触发的逻辑分析功能，类似于Verilog中的Assertion断言和FSM状态机的有机结合体，是传统逻辑分析仪无法完成的。由于现在的逻辑通常都比较复杂，基于传统的条件触发模式，往往耗时耗力，很难快速找到BUG；而状态触发往往能够帮助设计者快速定位错误并调试。
对于逻辑分析仪而言，除了触发条件外，还有一个存储位置的概念。正常情况下，FPGA会对需要CIA杨的数据一直采样，当数据放满后，将采用循环覆盖的方式存储，这类似于FIFO中的卷绕（WRAP）概念。当触发器触发后，通常缓冲器都是满的；如果采用预触发，将继续记录当前存储容量12%的数据后停止（有些厂商是不再记录，直接用当前记录数据）；如果采用后触发，将继续记录当前存储容量的88%的数据后，停止记录（有些厂商是记录全部容量）；如果是中间触发，将继续记录当前存储容量的1/2的数据。实际上什么时候开始记录，什么时候停止都可以通过状态触发实现。捕获数据的概念示意图如图2-54所示。
下面通过SignalTAP为例，简单讲述内嵌逻辑分析仪的调试技巧。
1.2 SignalTap
SignalTAP是Altera内置的逻辑信号观测工具，内部实现结构如图所示。
根据前面的逻辑分析仪原理，很容易得知FPGA可以实现多个并行的ELA。通过FSM和条件判断支持多级触发，FPGA也能够支持复杂的状态机数据捕获。令触发条件加上一个计数器，就很容易使FPGA能在不同的起始时刻捕获数据。而Altera所设计的SignalTAP正好是按照上诉方式设计的，其特点如下：
- 最大支持1024个数据捕获通道
- 单个器件支持多个并发的逻辑分析模块，包括跨多个时钟域的信号
- 每个数据捕获通道能够支持10级触发
- 支持在不同的位置进行捕获，包括信号前段、中段和后段。
SignalTAP的捕获流程如图所示。
1.2.1 SignalTap的界面
操作界面如图所示。
1.2.2 SignalTap的演示
演示放在实例里
1.2.3 SignalTap的基本触发模式
当启动逻辑分析仪后，SignalTAP会对被监视的信号进行不断的采样，一直到某个条件满足后停止，这个条件就是触发条件。在基本模式下，触发条件被设定为当前信号的逻辑组合。当逻辑组合满足某个值后，触发条件将被满足，数据将被采样保存并上传到PC。
下图是SignalTAP的基本触发模式示意图。
1.2.4 SignalTap的Advanced Trigger模式
在信号列表Trigger Conditions栏的顶端选择Advanced，Advanced会弹出逻辑编辑器，在这里可以设计一个复杂的触发表达式。
1.2.4 SignalTap基于状态触发的触发模式
基于状态触发的逻辑分析仪模式是FPGA内嵌分析仪的而核心技术，主要技巧在于任何通过状态触发语句实现状态机的触发。下图是状态机触发的工作界面。
在设定触发条件前，先需要确定基本的触发条件，具体如图所示。
在设定基本触发条件后，就可以启动状态机的脚本设计，下面通过几个例子来说明状态机触发的实现方法：
1）当条件condition1不满足，且持续时间超过5个时钟周期后，触发触发器，相关理想波形如图所示：
对应的状态机触发代码如下：
2）当条件condition1不满足情况发生，且不满足情况在不超过5个时钟周期内，又发生条件condition1满足的情况，则触发触发器，否则停止触发。一个典型的例子图下图所示。
上诉触发触发器的脚本如下：
3）当condition条件满足5次后，触发触发器，否则停止触发。该例子的脚本如下：
4）当condition1条件满足后，如果condition2能够满足，则立即触发触发器，否则停止触发。该例子的脚本如下：
5）当condition1条件满足后，如果5个采样时钟周期内，condition2能够满足，则立即触发触发器，否则停止触发。该例子的脚本如下：
由于任何复杂的条件都可以简化为顺序、分支和循环3种情况，通过计数器能够实现循环，通过条件判断可实现分支，而通过状态机可实现流程控制。因此任意复杂的条件触发，都能够通过上诉条件组合捕获。
前面所举的5个例子，就是上诉不同场景的组合，因此读者只需要将上诉5个例子进行组合就能基本掌握触发条件的实现，熟练进行FPGA调试。
2、简单实例
留在下一篇吧。。。
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